高效刀具關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用調(diào)查報告

高效刀具關(guān)鍵技術(shù)

      現(xiàn)代高效刀具如何適應(yīng)迅速發(fā)展的當(dāng)今世界，使用戶盡可能達到效率化、贏利最大化、質(zhì)量最優(yōu)化，需要不斷在關(guān)鍵技術(shù)上進行改進及創(chuàng)新。調(diào)查顯示，刀具材料、刀具涂層、刀具結(jié)構(gòu)是進行高效刀具關(guān)鍵技術(shù)中關(guān)注的主要內(nèi)容。

  1 刀具材料的決定性作用

       調(diào)查結(jié)果表明，刀具材料是刀具研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)，刀具材料的發(fā)展對刀具切削性能的提高起著決定性影響。廣泛應(yīng)用的刀具材料包括高速鋼、硬質(zhì)合金、超硬刀具材料（包括陶瓷、立方氮化硼、聚金剛石等）。而隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，硬質(zhì)合金正在取代高速鋼成為主要的刀具材料，超硬刀具材料的使用比重也在大幅增加。在知名的刀具供應(yīng)商中，山高Jabro 推出的全新整體硬質(zhì)合金通用加工銑刀S o l i d2 系列，可適用的加工溫度由普通刀具的800℃提高到了現(xiàn)有的1100℃ , 從而提高了加工效率和刀具壽命，刀具的性價比得到了較大的提升。另一方面，隨著干切削、硬切削的發(fā)展，國外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌號。

      2 刀具涂層不容小視

      刀具涂層技術(shù)對刀具性能的改善和切削加工技術(shù)的進步也起著非常重要的作用。在調(diào)查中，記者了解到近幾年來P V D 正處于高速發(fā)展階段，針對不同的切削加工應(yīng)用條件，可對薄膜成分、結(jié)構(gòu)進行選擇，通過恰當(dāng)?shù)墓に囀侄?，獲取滿意的切削效果，顯示出對提高刀具性能的巨大潛力和獨特優(yōu)勢。與此同時，為了提高加工鋁合金等非鐵金屬和非金屬材料的效率，金剛石涂層得到進一步的應(yīng)用，產(chǎn)品覆蓋了可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具。

      3 刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新速度加快

      刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新體現(xiàn)在刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、切削負(fù)荷的合理分布、三維斷屑槽形以及帶前角的螺旋形刀刃銑削刀片的問世和小規(guī)格淺孔鉆的等方面，出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)，如用于車削的高效刮光刀片、形狀復(fù)雜的帶前角銑刀刀片、球頭立銑刀刀片等。刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化、幾何參數(shù)更趨合理才能使刀具性能得到改善和提高，各種新型可轉(zhuǎn)位刀具不僅在車削、銑削、鉆削領(lǐng)域的應(yīng)用有新的突破，而且擴大到拉削和齒輪加工等復(fù)雜形面的加工領(lǐng)域。如維克可樂滿的Co r oMi l l 316 是第一種可互換頭銑削產(chǎn)品系列，能夠覆蓋10 ～ 25m m 的直徑范圍，因其全新的倒角和圓角半徑硬質(zhì)合金切削頭范圍的擴展，可適用于更多的應(yīng)用場合，刀柄與可互換式立銑刀通過獨特的螺紋接口連接，實現(xiàn)了高強度與高精度的完美結(jié)合。

    高效刀具在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

      1 應(yīng)用現(xiàn)狀

      在調(diào)查中，記者了解到隨著材料科學(xué)和加工技術(shù)的發(fā)展，許多高強度輕質(zhì)合金材料（如鈦合金、鎳基合金、新型高強度鋼等）以及復(fù)合材料在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中鈦合金在發(fā)動機全材料中所占的比重越來越大，高溫合金取代耐熱鋼成為高溫環(huán)境零件的主要材料，并開始使用更輕的碳纖維復(fù)合材料代替原來的鋁合金或鋼材，以便更大程度上減輕整機重量。但是，同時這些新型材料特殊的物理力學(xué)性能，使其成為典型的難加工材料，從而對加工刀具提出了更高的要求。

       航空企業(yè)在刀具的選用中，仍然比較青睞性價比好、可靠性高的知名刀具品牌，如國外的維克、山高、I S C AR、肯納、森泰英格、等，國產(chǎn)品牌包括株洲鉆石、哈工、上工、陜硬、西南工具等。其中，硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、C B N 刀具、高速鋼刀具的比例如圖2 所示。結(jié)合圖2和調(diào)查過程中的反饋，可以看出，硬質(zhì)合金刀具應(yīng)用最多；陶瓷刀具主要應(yīng)用于無斷續(xù)加工；C B N 刀具所占比例雖略遜于陶瓷刀具，但在使用中呈上升趨勢；而高速鋼刀具的應(yīng)用相比以前明顯減少。

      2 應(yīng)用中的問題及解決措施

      通過對航空用戶的調(diào)查，總結(jié)出以下幾點問題及解決方案：

      （1）刀具材料的選用合適與否是進行高效加工的關(guān)鍵，選用時必須考慮它們與工件材料的匹配性來合理選用，否則將事倍功半。如含T i 的不銹鋼、鈦合金就不適合選用P 類硬質(zhì)合金刀具，因為易造成刀具的粘結(jié)磨損。

      （2）數(shù)控加工過程中，粗加工的主要目標(biāo)是在最短時間內(nèi)去除更多的材料，但對鈦合金等難加工材料而言，傳統(tǒng)刀具很難滿足高效加工要求：如高速鋼刀具耐磨性太差, 焊接鑲片合金刀具因焊接技術(shù)問題易使刀片材料發(fā)生改變, 整體合金刀具費用過高、韌性差等。在調(diào)查中，航空用戶總結(jié)粗加工采用可轉(zhuǎn)位玉米銑刀進行大切深、小進給的強力切削；精加工前使用插銑刀具對圓角進行加工，保證精加工余量均勻；精加工過程中采用涂層硬質(zhì)合金刀具實現(xiàn)小切深、大進給的高速銑削（切削速度超過120m/min）方式。

        （3）近年來，復(fù)合材料迅速發(fā)展，廣泛用于航空航天領(lǐng)域，其中纖維增強樹脂基復(fù)合材料、硬顆粒增強金屬基復(fù)合材料的切削加工難度很大，在刀具的選擇上，最好選用PCD 金剛石刀具和PCBN 刀具。

      （4）針對鋁合金的加工特點，可選用具有高耐磨性的陶瓷、金剛石及立方氮化硼等超硬刀具，這些非常適合于鋁合金的高速加工。